C1800 Chemie pro fyzikální obory

Přírodovědecká fakulta
jaro 2020
Rozsah
3/1/0. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Jaromír Literák, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
Garance
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Út 8:00–9:50 F2 6/2012, St 8:00–9:50 F2 6/2012
Předpoklady
Absolvování základních fyzikálních kurzů v rozsahu doporučeného studijního plánu prvních tří semestrů oboru Nanotechonologie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem předmětu je vybavit studenty vhledem do chemické terminologie na polích obecné, fyzikální, anorganické a organické chemie.
Výstupy z učení
Porozumění elektronové struktuře atomů a molekul, zvládnutí základů chemické termodynamiky, schopnost nakreslit mechanismy jednoduchých reakcí.
Osnova
  • 1. Atomy: Kvantový svět Pozorování atomů: vyzařování, kvanta a fotony. Vlnově-částicová dualita hmoty. Vlnové funkce a hladiny energie. Atomová spektra a hladiny energie. Hlavní kvantové číslo. Atomové orbitaly. Elektronový spin. Mnohaelektronové atomy a jejich elektronové konfigurace: orbitální energie, výstavbový princip, elektronová struktura a periodická tabulka. 2. Chemické vazby Tvorba iontových vazeb. Interakce mezi ionty. Elektronové konfigurace iontů. Lewisovy symboly. Povaha kovalentní vazby. Lewisovy struktury. Rezonance. Formální náboj. Výjimky z oktetového pravidla.Iontové vs. kovalentní vaby. Síly a délky kovalentních vazeb. 3. Molekulový tvar a struktura Základní VSEPR model. Molekuly s volnými páry na centrálním atomu. Polární molekuly. Sigma a pí vazby. Hybridizace orbitalů. Hybridizace ve složitějších molekulách. Vazby v uhlovodících. Charakteristiky dvojných vazeb. Limitace Lewisovy teorie. Molekulové orbitaly. 4. Věty termodynamiky v chemických aplikacích. První věta TD, nthalpie. Standardní reakční enthalpie. Kombinace reakčních enthalpií: Hessův zákon. Tepelný výstup reakcí. Born-Haberův cyklus. Druhá věta TD a spontánní změna. Změny entropie. Standardní molární a standardní reakční entropie. Okolí. Celková změna entropie. Rovnováha. Zaměření na systém. Reakční Gibbsova energie. 5. Znázorňování organických molekul. Vazebné poměry uhlíku, vazebné úhly. Konjugace, delokalizace, rezonanční struktury. Polarita a polarizace, rozložení náboje v molekulách. Základy názvosloví. Hierarchie funkčních skupin. Prostorové znázorňování molekul. Izomerie. Konformace a konfigurace. Geometrická izomerie alkenů a cyklických alkanů. Konformace ethanu, butanu, cyklopentanu a cyklohexanu. Symetrie a chiralita. Význam chirality, homochiralita života. 6. Zápis reakcí a nukleofilní substituce a adice. Zápis chemických reakcí organických molekul. Homolýza a heterolýza. Elektrofily a nukleofily. Mechanismus reakce a jeho zápis – "Arrow pushing". Redoxní změny. Nukleofilita a bazicita. Síla organických kyselin a bazí a faktory, které je ovlivňují. Nukleofilní substituce (halogenderiváty, alkoholy, aminy). Stabilita karbokationtů. Stereospecifita reakce. Nukleofilní adice na karbonylovou skupinu. Michaelova adice. Keto-enol tautomerie a odhad pozice rovnováhy. 7. Elektrofilní adice a eliminační reakce. Adiční reakce alkenů a alkynů. Regio- a stereospecifita adičních reakcí. 1,2- a 1,4-adiční reakce konjugovaných dienů. Eliminační reakce, základní mechanismy, stereospecifita. Aromaticita. Substituce elektrofilní aromatická. Reakce řízené symetrií hraničních orbitalů. Radikálová substituce. 8. Reakce karbonylových sloučenin a karboxylových kyselin a jejich derivátů. Acetaly, iminy, jejich význam v biochemii. Aldolové reakce a jejich uplatnění v biochemických reakcích. Substituční a funkční deriváty karboxylových kyselin.
Literatura
    doporučená literatura
  • ATKINS, P. W. a Loretta JONES. Chemical principles : the quest for insight. 4th ed. New York: W.H. Freeman and Company, 2008, xxv, [1026. ISBN 9780716773559. info
  • MCQUARRIE, Donald A., Peter A. ROCK a Ethan B. GALLOGLY. General chemistry : atoms first. Illustrated by George Kelvin - Laurel Muller. 4th ed. Mill Valley: University Science Books, 2011, xxi, 1021. ISBN 9781891389603. info
Výukové metody
Přednášky a procvičování s využitím tabule.
Metody hodnocení
Písemný test s maximálním ziskem 60 bodů a následující ústní pohovor. Pro úspěšné složení zkoušky je požadován zisk 30 bodů.
Informace učitele
Hodinová dotace předmětu je 2+1, přičemž účast na semináři je pro připuštění ke zkoušce požadováno.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.